2022年长江流域高温干旱过程及其影响评估_夏智宏.pdf

第 54 卷 第 2 期2 0 2 3 年 2 月人民长江YangtzeiverVol 54，No 2Feb，2023收稿日期:2022 12 01基金项目:中国气象局软科学研究重大项目(2022ZDAXM03);湖北省气象局科技发展基金重点项目(2022Z05);湖北省低碳试点专项“湖北省适应气候变化行动方案”作者简介:夏智宏，男，高级工程师，主要从事流域生态气象监测与评估研究。E mail:xiazhihongwrcc hotmail com文章编号:1001 4179(2023)02 0021 08引用本文:夏智宏，刘敏，秦鹏程，等 2022 年长江流域高温干旱过程及其影响评估 J 人民长江，2023，54(2):21 282022 年长江流域高温干旱过程及其影响评估夏 智 宏1，2，3，4，刘敏1，2，3，4，秦 鹏 程1，2，3，4，范 进 进2，冯扬1，2，3，4，赵 小 芳1，2，3，4(1 武汉区域气候中心，湖北 武汉 430074;2 长江流域气象中心，湖北 武汉 430074;3 三峡国家气候观象台，湖北 宜昌 443002;4 中国气象局流域强降水重点开放实验室，湖北 武汉 430205)摘要:2022 年夏秋季长江流域出现大范围异常高温干旱事件，对自然生态和社会经济造成了广泛影响，引起了社会广泛关注。利用最新观测资料，系统分析了 2022 年长江流域高温干旱的气候特征，并采用区域性高温和区域性干旱过程监测评估方法，评估了 2022 年区域性高温和干旱过程的综合强度及其影响。结果表明:2022 年夏季长江流域最高、最低和平均气温均为1961 年以来同期最高，高温日数为1961 年以来最多，高温覆盖范围为 1961 年以来最广，高温过程综合强度为 1961 年以来最强，达“特强”等级;2022 年夏秋季长江流域干旱过程最大覆盖范围达全流域的 945%，为 1961 年以来最广，过程期间累计降水量为 1961 年以来同期最少，过程综合强度为 1961 年以来最强，达“特强”等级。持续性异常高温干旱造成流域水电、航运、供水和居民生活受到显著影响，部分地区农作物减产，生态环境有所退化。在全球气候变化背景下，近 20 a 来长江流域区域性高温和干旱事件具有显著的增多、增强以及同时发生的趋势，其影响呈现出系统性和复合型的新特点。未来流域水资源管理需重视气候变化风险，提高应对极端干旱与高温复合灾害的能力。关键词:区域性高温过程;区域性干旱过程;综合强度;2022 年长江流域干旱中图法分类号:P426文献标志码:ADOI:10 16232/j cnki 1001 4179 2023 02 0040引 言长江流域是中国重要的战略水源地、水电能源基地、黄金水道和生态宝库，不仅肩负着流域内社会经济高质量发展和生态保护的重任，还通过南水北调等引调水工程惠泽华北地区，在中国经济社会发展和生态环境保护中具有十分重要的战略地位1。受全球气候变化的影响，近 60 a 来，长江流域最高、最低和平均气温均呈显著上升趋势，与寒冷相关的极端温度指数显著下降，与变暖有关的极端温度指数显著升高2。长江流域年平均降水量的长期变化趋势虽然不显著，但极端降水的强度和频率在1980 年代以后明显增加，呈现出持续时间短、强度大的特征，如 2016 年长江中下游发生严重区域性大洪水、2020 年长江流域发生仅次于 1954 年和 1998 年的又一次流域性大洪水3;长江上游和下游的干旱频率有所减少，但中游大部干旱频率有所增加，且流域发生大范围极端干旱的频率和强度明显增加，如2001，2006，2011，2019 年和 2022 年的严重干旱事件，其持续时间、发生范围和综合强度位居近 60 a 前列4 7。尤其是 2022 年夏季的极端高温干旱，据初步分析表明，高温综合强度为 1961 年有完整观测记录以来最强，干旱发生范围为 1961 年以来同期最广，长江干流出现“汛期反枯”的罕见现象，江河水位达近百年来同期最低7 10，三峡水库正式运行以来首次出现秋季未蓄满的不利水情，此次大范围异常人民长江2023 年高温干旱灾害对水资源、农业、生态和社会经济系统的影响之深远历史罕见，其呈现出的新特点对流域今后科学应对极端干旱灾害，合理利用和管理水资源及水利工程具有重要的指示意义。本文旨在利用最新观测资料，通过对历史区域性高温和干旱及其复合事件的识别和比较，综合评估长江流域 2022 年高温干旱过程，揭示其演变规律，以期为流域水资源开发利用和生态保护以及社会经济高质量发展提供决策依据。1资料与方法1 1资料说明本文所用气象资料包括长江流域 711 个国家气象观测站 1961 年 1 月 1 日至 2022 年 11 月 20 日逐日最高气温、最低气温、平均气温、降水量等地面观测资料，资料来自于国家气象信息中心，并经过了气候界限值和允许值检查、极值检查、内部一致性检查、时间和空间一致性检查等严格的质量控制。本文使用的土壤墒情资料为中国气象局陆面数据同化系统 CLDAS(CMA Land Data Assimilation System)地表土壤湿度产品，是采用融合与同化技术，对地面观测、卫星观测、数值模式产品等多种来源数据融合得到，空间分辨率为 1 km，时间分辨率为 1 h，时间范围为 2022 年 6 月 1 日至 11 月 20 日。本文使用的长江流域主要控制断面和大型水库水位观测数据，以及流域主要省份夏季全社会用电量数据，来自于湖北省水情信息网和国家统计局。1 2区域性高温过程识别与评估参照区域性高温过程监测指标(征求意见稿)11，对长江流域历年 6 9 月区域性高温过程进行识别和综合强度评估。1 2 1高温过程识别将单站日最高气温35 定义为高温日，自监测时段的首日起，将日最高气温35 的相邻站点判定为 1 个高温站组(同时满足站点数占有效监测站数的百分比20%)，某高温站组内50%的站点与次日该高温站组的站点重合，则判定该站组高温过程持续，当某站组高温过程持续时间5 d，则判定一次区域性高温过程发生，区域性高温过程的开始日为该站组形成的首日。区域性高温过程开始后，某日高温站组的站点与次日高温站组的站点重合率 50%，则判定该区域性高温过程结束，该日为区域性高温过程的结束日。一次区域性高温过程从过程开始日至过程结束日的累积日数为过程长度。1 2 2高温过程综合强度评估根据一次区域性高温过程的平均强度、平均影响范围和过程长度计算综合强度 Z，计算公式为Z=I A0 5 T0 5(1)式中:I 为区域性高温过程的平均强度;A 为区域性高温过程的平均影响范围;T 为过程长度。区域性高温过程的综合强度等级按历年综合强度百分位数划分为一般(0Z 50%)、较强(50%Z 80%)、强(80%Z 95%)、特强(95%Z100%)4 个等级。1 3区域性干旱过程识别与评估1 3 1干旱监测指标干旱监测指标采用在中国实时气象干旱监测业务中广泛使用的气象干旱综合监测指数(MeteorologiralDrought Composite Index，MCI)。MCI 指数是由近 30 d相对湿润度指数，近90 d 和近150 d 标准化降水指数，以及近 60 d 标准化权重降水指数加权求和构建而成，计算公式为12 MCI=Ka(aSPIW60+bMI30+cSPI90+dSPI150)(2)式中:MCI 为气象干旱综合监测指数;MI30为近30 d 相对湿润度指数;SPI90为近 90 d 标准化降水指数;SPI150为近 150 d 标准化降水指数;SPIW60为近 60 d 标准化权重降水指数，a，b，c，d 为权重系数;Ka为季节调节系数，根据不同季节主要农作物生长发育阶段对土壤水分的敏感程度确定。MCI 对应的各干旱等级划分标准见表 112。表 1气象干旱综合监测指数干旱等级划分Tab 1Grade classification of meteorological droughtbased on MCI干旱等级MCI无旱05 MCI轻旱10 MCI 05中旱15 MCI 10重旱20 MCI 15特旱MCI 2 01 3 2干旱过程综合强度评估区域性干旱过程的识别与评估参考 QX/T 597 2021区域性干旱过程监测评估方法 中的动态区域干旱过程监测方法13，即通过逐日干旱带分离和干旱事件时间连续性判识实现干旱过程的客观识别，并定义了考虑干旱持续时间、影响范围和强度的干旱过程综合强度指数，其中区域性干旱日的判别标准为 10%以上的相邻站点出现中度或以上强度的干旱5，综合强度计算方法与分级标准与区域性高温过程类似，详22第 2 期夏智宏，等:2022 年长江流域高温干旱过程及其影响评估见公式(1)。本研究首先对长江流域 1961 年以来历次区域性干旱过程进行识别，然后选择过程内干旱等级最重时间出现在夏秋季(6 11 月)的干旱事件进行分析。22022 年长江流域高温过程特征2 1过程概况2022 年长江流域夏季高温过程自 6 月 5 日首先出现在汉江流域局部，其后向东向南发展，6 月 13 日范围明显扩大，达区域性高温过程标准，8 月 15 日高温站数最多达到 594 站(占流域总站数的 83 5%)，8月 23 日后高温过程逐渐缓解，8 月 30 日区域性高温过程结束(见图 1)，此次过程具有极端性强、发生范围广、持续时间长、综合强度大等特点。图 12022 年 6 月 1 日至 8 月 31 日长江流域高温站次比逐日变化Fig 1Evolution of high temperature station proportion in theYangtze iver Basin(YB)from 1 June to 31 August in 20222 1 1极端性强2022 年夏季长江流域平均、最高和最低气温较历史同期偏高 1 4 2 4，均为 1961 年以来同期最高，平均高温日数(日最高气温35)为36 1 d，较常年偏多 20 8 d，为 1961 年以来同期最多。全流域共有594 站(占 83 5%)日最高气温达到极端高温事件标准。289 个国家气象站(占 39 3%)日最高气温追平或突破历史极值。其中，重庆北碚(45 0)、江津(44 7)、湖北竹山(44 6)等 8 站日最高气温达44 0 及以上。2 1 2发生范围广高温过程期间累计出现日最高气温35 的站次占流域总站数的 89 3%，出现37 的站次比达834%，出现40 的站次比达 55 9%，均为 1961 年以来最广，特别是40 以上覆盖范围明显高于历史次高年 2013 年(31 0%)。期间高温发生范围最广的日期出现在 8 月 15 日，该日35 的站次占流域总站数的 83 5%，为 1961 年以来最广(见图 2)。图 22022 年 6 月 1 日至 8 月 31 日长江流域极端最高气温空间分布Fig 2Spatial distribution of the extreme maximum temperaturesin the YB from 1 June to 31 August in 20222 1 3持续时间长6 月 13 日至 8 月 30 日，全流域出现大范围持续性高温天气，高温过程持续 79 d，为 1961 年以来持续时间最长。黎川(42 d)等 364 站连续高温日数(日最高气温35)、北碚(32 d)等 384 站连续炎热日数(日最高气温37)追平或突破有观测以来历史记录，其中北碚站 8 月 7 28 日连续 22 d 超40。2 2综合强度评估基于区域性高温过程监测指标识别出长江流域1961 年以来区域性高温过程共计 98 次，平均每年发生 1 6 次，过程最早开始于 6 月 1 日(2002 年)，最晚结束于 9 月 15 日(2019 年);过程平均持续时间 27 3d，最长达 79 d(2022 年)。从长时间序列来看，近年来区域性高温过程有显著增加的趋势，